H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR

H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof

H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies

H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infra-red radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material

H01L31/0264—Inorganic materials

H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312

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Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE

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Y02P70/52—Manufacturing of products or systems for producing renewable energy

Y02P70/521—Photovoltaic generators

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CIGS thin film solar cell which can maximize an optical and/or electric conversion rate of a solar cell such that a CIGS thin film is manufactured through a process of printing an ink containing nanoparticles without requirement of vacuum processing or complex equipment and a Cu/(In+Ga) ratio and a Ga/(In+Ga) ratio of the CIGS thin film can be easily regulated. <P>SOLUTION: Disclosed are an ink containing nanoparticles for formation of a thin film of a solar cell and its preparation method, a CIGS thin film solar cell having at least one light absorption layer formed by coating or printing the ink containing nanoparticles on a rear electrode, and a process for manufacturing the same. The absorption layer comprises Cu, In, Ga and Se elements as constitutional ingredients thereof and such elements are formed by coating or printing an ink that contains Cu<SB>2</SB>Se nanoparticles and (In,Ga)<SB>2</SB>Se<SB>3</SB>nanoparticles on the rear electrode, and then heating them. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

Translated from Japanese

本発明は、ナノ粒子を含有する太陽電池の薄膜組成用インクとその製造方法、及び前記インクを利用したＣＩＧＳ薄膜型太陽電池とその製造方法に関する。 The present invention relates to a method ink for thin-film composition and its manufacturing solar cells containing nanoparticles, and a method for manufacturing CIGS thin film solar cell using the ink.より具体的には、真空工程や複雑な装備を必要としないナノ粒子インクの塗布または印刷工程だけでＣＩＧＳ薄膜を製造し、ＣＩＧＳ薄膜のＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率及びＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率を自在に調節することができ、塗布又は印刷法を利用する簡単な工程によってＣＩＧＳ薄膜を製造することができるＣＩＧＳ薄膜型太陽電池及びその製造方法に関する。 More specifically, to produce a CIGS thin film by a coating or printing process of the nanoparticle ink that does not require complex equipment and vacuum process, the ratio of the CIGS thin film Cu / (In + Ga) ratio and Ga / (In + Ga) of it can be adjusted freely, about the CIGS thin film solar cell and a manufacturing method thereof can be produced CIGS thin film by a simple process using a coating or printing method.

このような太陽電池は、独立的には例えば、電子時計、ラジオ、無人灯台、人工衛星、ロケットなどの主電力源として利用され、常用交流電源の系統と連係されて、補助（予備）電力源として利用されている。 Such solar cells, the independent, for example, electronic timepiece, radio, unmanned lighthouse, satellites, are utilized as the primary power source, such as rockets, it is associated with the commercial AC power supply system, the auxiliary (spare) power source It has been used as.最近に至っては、代替エネルギーに対する必要性が増加するとともに太陽電池に対する関心も高まっている。 When it comes to recently, there is growing interest in solar cells with increasing need for alternative energy.

このような太陽電池においては、入射する太陽光を電気エネルギーに変換させる比率と関連されている光・電変換効率を高めることが非常に重要である。 In such a solar cell, the enhanced light-electric conversion efficiency, which is related to the ratio for converting incident sunlight into electrical energy is very important.したがって、変換効率を高めるための多様な研究が進行されており、殊に高い光吸収係数を有する薄膜を太陽電池に含めることによって変換効率の向上を図る技術開発が活発に進行されている。 Accordingly, and various studies have been proceeding in order to increase the conversion efficiency, technical development to improve the conversion efficiency by including a thin film having a particularly high light absorption coefficient to the solar cell has been actively conducted.

前記の高い光吸収係数を有する物質としては、ＣＩＧＳ（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｇａｌｉｕｍ Ｓｅｌｅｎｉｄｅ）が提示されており、このＣＩＧＳを薄膜太陽電池の製造に使用することによって高い変換効率を得ることができると知られている。 As the substance having a high light absorption coefficient of said, CIGS (Copper Indium Galium Selenide) are presented, the CIGS known to be able to obtain high conversion efficiency by the use in the manufacture of thin-film solar cell there.

現在のところ、ＣＩＧＳ太陽電池において、ＣＩＧＳ膜を形成する方法は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅを共同にして蒸着（ｃｏ−ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）する方法、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ膜をスパッタリング又は蒸着などの方法によって形成した後、これをＳｅかＨ ２ Ｓｅ雰囲気下でセレン化（Ｓｅｌｅｎｉｚａｔｉｏｎ）させる方法などが利用されている。 Currently, the CIGS solar cell, a method of forming a CIGS film, Cu, an In, Ga, a method of depositing in the jointly Se (co-evaporation), Cu, In, methods such as Ga film sputtering or vapor deposition after forming by a method for selenide (selenization) are used which under Se or H 2 Se atmosphere.

最近、印刷法を使用してＣＩＧＳ薄膜を形成する方法が提示されているが、これは高価の装備による真空工程を必要としないので、太陽電池の製造においてコストをダウンさせることのできるメリットがある。 Recently, a method for forming a CIGS thin film by using a printing method is presented, which does not require a vacuum process by expensive equipment, there is a merit that can bring down the cost in the production of solar cells .

しかし、前記印刷法においては、前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）を使用して銅・インジウム酸化物（Ｃｏｐｐｅｒ Ｉｎｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）の薄膜を形成した後、これを還元させセレン化する方法を採決するとき、還元工程は必須的であり、このとき、有毒ガスのＨ ２ Ｓｅ気体を使用するので、この方法をＣＩＧＳ太陽電池の製造に適用させることはいろいろな難点を有している。 However, in the above printing method, after using the precursor (precursor) to form a thin film of copper indium oxide (Copper Indium Oxide), when voting methods of selenization is reduced to, reduction step It is essential, at this time, because it uses H 2 Se gas toxic gases, has a variety of difficulties be applied to this method for the manufacture of CIGS solar cells.

一方、ＣＩＧＳ薄膜に最大の変換効率をもたせるためには、１．２〜１．４ｅＶ程度のバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）を有することが好ましい。 Meanwhile, in order to provide the maximum conversion efficiency of the CIGS thin film preferably has a band gap of about 1.2~1.4eV (band gap).

前記のバンドギャップは、ガリウム（Ｇａ）のドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）濃度を調節することによって、その数値を制御することができ、前記最適のバンドギャップを得るためには、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の組成比を０．３〜０．６程度の数値でドーピングしなければならない。 Wherein the band gap of, by adjusting the doping (Doping) concentration of gallium (Ga), it is possible to control the number, in order to obtain a band gap of the optimal composition ratio of Ga / (In + Ga) a must doping by a numerical value of about 0.3 to 0.6.しかし、前記銅・インジウム酸化物の薄膜を使用する方法の場合には、ガリウム（Ｇａ）が析出されてしまうので、ガリウムを一定比率以上ドーピングすることにまた難しい問題がある。 However, in the case of a method using a thin film of the copper-indium oxide, since gallium (Ga) from being deposited, there is also a difficult problem to be doped more than a certain percentage of gallium.

また、ＣＩＧＳ薄膜において、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が１より小さい場合、銅不足（銅プア）状態の単一黄銅鉱相（（Ｃｕ−ｐｏｏｒ）ｓｉｎｇｌｅ ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ ｐｈａｓｅ）が形成されるが、粒度（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）が小さいので性能が良くない。 Further, in the CIGS thin film, when the ratio of Cu / (In + Ga) is less than 1, but copper deficiency single chalcopyrite phase (copper-poor) state ((Cu-poor) single chalcopyrite phase) is formed, the particle size ( grain size) is not good performance because there is small.

一方、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が１より大きい場合には、粒度が大きくなって性能の面では有利であるが、このような銅リッチ相（Ｃｕ−ｒｉｃｈ ｐｈａｓｅ）においては、Ｃｕ ２ Ｓｅの不純物が生成され、Ｃｕ ２ Ｓｅの高い伝導度によって光・電変換効率を低める問題がある。 On the other hand, if is greater than 1 the ratio of Cu / (In + Ga) is advantageous in terms of performance size increases, in such a copper-rich phase (Cu-rich phase), the Cu 2 Se impurities are generated, there is a problem of lower light-electricity conversion efficiency by the high conductivity of the Cu 2 Se.

したがって、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が１より小さい場合と、大きい場合の光・電変換に及ぼすメリットのすべてを得るためには、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の濃度を段階的に調節することのできる多段階の工程を使用するのが最適と言える。 Therefore, to the ratio of Cu / (In + Ga) is obtained and smaller than 1, all the benefits on the optical and electronic conversion when large, capable of adjusting the concentration of Cu / (In + Ga) stepwise to use a multi-step process is said to be optimal.

したがって、高価の装備を必要とする真空工程や複雑な装置を使用することなしにもＣＩＧＳ薄膜を形成することができ、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率及びＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）比率の調節が自在である、多段階の工程とこの多段階工程を通じてＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の濃度を段階的に調節することのできるＣＩＧＳ薄膜の製造技術を必要とするのである。 Therefore, also it is possible to form the CIGS thin film without using a vacuum step and complicated devices which require expensive equipment, freely adjustment ratio and Ga / (In + Ga) ratio of Cu / (In + Ga) there is the need of manufacturing techniques CIGS thin film capable of adjusting the concentration stepwise in Cu / and multistep process through this multi-step process (in + Ga).

本発明は、前記問題を解決するために案出されたものであって、ＣＩＧＳ薄膜の太陽電池において、真空工程や複雑な装備の必要なしに、ナノ粒子インクの印刷工程だけでＣＩＧＳ薄膜を製造し、ＣＩＧＳ薄膜のＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）比率及びＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）比率を自在に調節することのできるＣＩＧＳ薄膜の太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention, which was devised in order to solve the above problems, manufacturing the solar cell of the CIGS thin film, without the need for vacuum processes and complicated equipment, the CIGS thin film by only a printing process of the nanoparticle ink and, it is an object to provide a solar cell of a CIGS thin film can be freely controlled Cu / (in + Ga) ratio and Ga / (in + Ga) ratio of the CIGS thin film.

また、本発明の他の目的は、前記のようなＣＩＧＳ薄膜の太陽電池を製造するときに使用されるナノ粒子のインクとその製造方法を提供する。 Another object of the present invention provides an ink and a manufacturing method thereof of the nanoparticles used in manufacturing the solar cell of the CIGS thin film such as a.

本発明のまた他の目的は、ＣＩＧＳ太陽電池におけるＣＩＧＳ薄膜の製造において、印刷法を利用するとともに多段階の工程を使用することによって、光・電変換効率の高いＣＩＧＳ太陽電池を具現することのできるＣＩＧＳ薄膜の製造方法を提供する。 Another object of the present invention, in the manufacture of CIGS thin film in CIGS solar cells, by using a multi-step process with use of the printing method, the to implement a high CIGS solar cell light-current conversion efficiency to provide a method for manufacturing a CIGS thin film as possible.

前記の目的を達成するために、本発明のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳの中いずれか１つ以上の元素を包含し、Ｃｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子を含有するインクを背面電極上に塗布又は印刷して形成した光吸収層を少なくとも１つ以上包含する。 To achieve the above object, CIGS thin-film solar cell of the present invention, Cu, In, Ga, include any one or more elements in the Se and S, Cu 2 (Se 1- x S x ) including nanoparticles and (in, Ga) 2 (Se 1-y S y) 3 light absorbing layer ink was formed by applying or printing on the back electrode containing nanoparticles at least one or more.このとき、前記ナノ粒子の化学式における前記ｘとｙは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１の範囲を満たす。 In this case, the x and y in the chemical formula of the nanoparticles, satisfies a range of 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1.

本発明において、前記インクは、Ｉｎ ２ （Ｓｅ １−ｚ Ｓ ｚ ） ３ナノ粒子をさらに含有することができ、前記ナノ粒子の化学式における前記ｚの範囲は０≦ｚ≦１である。 In the present invention, the ink, In 2 (Se 1-z S z) can be further contained 3 nanoparticles range of the z in the chemical formula of the nanoparticles are 0 ≦ z ≦ 1.

また、本発明のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳの中いずれか１つ以上の元素を包含する化合物が０．０１〜１００ｎｍの粒径で含有されるとともに、分散剤及び界面活性剤が０〜１０％包含されてなる光吸収層を少なくとも１つ以上具備することを特徴とする。 Further, CIGS thin-film solar cell of the present invention, Cu, In, Ga, with a compound including any one or more of the elements in the Se and S are contained in the particle size of 0.01 to 100, distributed agents and surfactants, characterized in that it comprises at least one light absorbing layer formed by inclusion 0-10%.

また、基板上に順次形成された背面電極、光吸収層、前面電極層を包含してなるＣＩＧＳ薄膜型太陽電池において、前記光吸収層は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳの中いずれか１つ以上の元素を包含し、Ｃｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子を含有するインクを前記背面電極上に塗布又は印刷して形成することを特徴とする。 Further, the back electrode, a light absorption layer which are sequentially formed on a substrate, the CIGS thin film solar cell comprising encompass front electrode layer, the light absorption layer, either in the Cu, In, Ga, Se and S include one or more elements, coating Cu 2 (Se 1-x S x) nanoparticles and (in,Ga) 2 an ink containing (Se 1-y S y) 3 nanoparticles on the rear electrode or wherein the printing to form.このとき、前記ナノ粒子物質の化学式におけるｘとｙの範囲は０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。 In this case, the range of x and y in the chemical formula of the nanoparticle material is 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1.

前記有機溶媒は、トルエン、クロロホルム、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、ピリジン、アルコール、炭化水素類で構成された群から選択される１種以上の物質である。 The organic solvent is one or more materials selected toluene, chloroform, DMF, DMSO, pyridine, alcohol, from a group consisting of hydrocarbons.

また、前記炭化水素類の炭素数は、Ｃ１〜Ｃ２０であってもよく、鎖状炭化水素、環状炭化水素、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類などの物質であって、特にその構造に制限はない。 The number of carbon atoms of the hydrocarbons may be a C1 to C20, chain hydrocarbon, cyclic hydrocarbon, aliphatic hydrocarbons, a substance such as aromatic hydrocarbons, in particular the structure There is no limitation to.

前記インクは、分散剤をさらに包含してもよく、前記分散剤は、アルカン・セレノール、アルカン・チオール、アルコール、芳香族セレノール、芳香族チオール、芳香族アルコールで構成された群の中から選択される１種以上の物質である。 The ink may further comprise a dispersing agent, said dispersing agent is selected alkane selenol, alkane thiols, alcohols, aromatic selenol, aromatic thiol, from the group composed of aromatic alcohols it is one or more of the substance that.

前記炭化水素類の炭素数は、特に制限されないが、Ｃ１〜Ｃ２０であることが好ましい。 The number of carbon atoms of the hydrocarbons is not particularly limited, it is preferably C1 to C20.

本発明の太陽電池薄膜組成用インクの製造方法は、前記のような有機溶媒を準備する段階と、前記有機溶媒にＣｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子、及びＩｎ ２ （Ｓｅ １−ｚ Ｓ ｚ ） ３ナノ粒子で構成された群の中、少なくとも１つ以上の物質を順次に又は一度に混合する工程、及び前記混合液を熱処理する工程を包含する。 The method of manufacturing a solar cell thin film composition for inks of the present invention includes the steps of preparing the organic solvent, such as, Cu 2 in the organic solvent (Se 1-xS x) nanoparticles, (In, Ga) 2 ( among Se 1-y S y) 3 nanoparticles and in 2 (Se 1-z S z) a group consisting of 3 nanoparticles, the step of mixing at least one or more substances sequentially or at a time and, comprising the step of heat-treating the mixture.

このとき、前記ナノ粒子の化学式におけるｘ、ｙ及びｚの範囲は、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１である。 In this case, the range of x, y and z in the chemical formula of the nanoparticles is 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1.

前記有機溶媒に前記のようなナノ粒子組成の物質を混合する工程の後に、その混合液に分散剤をさらに追加して熱処理してもよい。 After the step of mixing the material of the nanoparticle composition as the organic solvent, or can be performed by further adding a dispersant to the mixture.

前記の熱処理は、セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ）の雰囲気下５００℃〜６００℃で行ってもよい。 Heat treatment of said selenium (Se) or sulfur may be carried out in an atmosphere under 500 ° C. to 600 ° C. of (S).

なお、本発明の太陽電池薄膜組成用インクの製造に使用される前記有機溶媒と分散剤に対する詳細な説明は上述のように一般的事項であるので省略する。 Incidentally, it omitted the detailed description of the organic solvent and dispersing agent used in the preparation of the ink for photovoltaic thin film composition of the present invention is a general matter, as described above.

次いで、前記インクを利用した本発明のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法に対して説明する。 Next, will be described with respect to method of manufacturing CIGS thin film solar cell of the present invention which utilizes the ink.即ち、基板上に形成された背面電極の上にＣｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子、及びＩｎ ２ （Ｓｅ １−ｚ Ｓ ｚ ） ３ナノ粒子によって構成された群の中、少なくとも１種以上の物質を含有するインクを塗布又は印刷する工程と、前記インクを熱処理して光吸収層を形成する工程を包含する。That, Cu 2 (Se 1-x S x) nanoparticles on a rear electrode formed on a substrate, (In, Ga) 2 ( Se 1-y S y) 3 nanoparticles and In 2 (Se 1 among the -z S z) the group constituted by 3 nanoparticles, comprising the steps of: coating or printing an ink containing at least one or more materials, the step of annealing the ink to form a light absorbing layer .このとき、前記ナノ粒子の化学式におけるｘ、ｙ、ｚの範囲は、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１である。 At this time, x, y, z range in the chemical formula of the nanoparticles, each of which is 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1.

本発明の製造方法において、前記のように熱処理して形成した前記光吸収層上に（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｗ Ｓ ｗ ） ３ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷する工程と、これをさらに熱処理する工程を包含してもよい。 In the production method of the present invention, the (In, Ga) heat treatment to the light absorbing layer formed by like 2 (Se 1-w S w ) 3 steps of coating or printing an ink containing the nanoparticles and it may include the step of further heat treating it.このとき、前記ナノ粒子の化学式におけるｗの範囲は０≦ｗ≦１である。 At this time, a range of w in the chemical formula of the nanoparticles are 0 ≦ w ≦ 1.

また、本発明のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法は、基板上に形成された背面電極の上に、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ａ Ｓ ａ ） ３ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷した後、前記のインクを熱処理して形成される第１光吸収層と、Ｃｕ ２ （Ｓｅ １−ｂ Ｓ ｂ ）ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷した後、前記のインクを熱処理して形成される第２光吸収層を交互にかつ複数個の層に積層する工程をさらに包含する。 Further, the method of manufacturing CIGS thin film solar cell of the present invention, applied onto the back electrode formed on a substrate, an ink containing (In, Ga) 2 (Se 1-a S a) 3 nanoparticles or after printing, heat treated a first light-absorbing layer formed by heat-treating the ink, after coating or printing an ink containing Cu 2 (Se 1-b S b) nanoparticles, the ink further comprising the step of laminating a plurality of layers and the second light-absorbing layer formed by alternately.このとき、前記ナノ粒子の化学式におけるａとｂの範囲はそれぞれ０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１である。 In this case, the range of a and b in the chemical formula of the nanoparticles are each 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1.

また、前記熱処理は、セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ）の雰囲気下５００℃〜６００℃で行ってもよい。 Further, the heat treatment, the selenium (Se) or sulfur may be carried out in an atmosphere under 500 ° C. to 600 ° C. of (S).

なお、前記物質などのナノ粒子の粒径はナノレベルであれば十分で、特に制限されないが、好ましくは０．０１〜１００ｎｍが好適である。 The particle size of the nanoparticles, such as the substance is sufficient if the nano level, is not particularly limited, it is preferably suitably 0.01 to 100.

本発明のＣＩＧＳ太陽電池のＣＩＧＳ薄膜製造方法によれば、真空工程や複雑な装備の必要なしに、ナノ粒子を含有するインクの塗布または印刷工程だけでＣＩＧＳ薄膜を形成することができる。 According to CIGS thin film manufacturing method of the CIGS solar cell of the present invention, without the need for a vacuum process or complex equipment, it is possible to form the CIGS thin film by only coating or printing process of ink containing nanoparticles.

また、ＣＩＧＳ薄膜におけるＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率を自在に調節することによって、ＣＩＧＳ薄膜の粒度（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）を望む通りに調節することができ、これによって太陽電池の性能を向上させることができる。 Further, by adjusting the ratio of Cu / (In + Ga) in CIGS thin freely, it can be adjusted as desired to the CIGS thin film granularity (grain size), which makes it possible to improve the performance of the solar cell .

一方、ＣＩＧＳ薄膜におけるＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率も自在に調節して、Ｇａのドーピング濃度を望む数値に制御することができるので、最適のバンドギャップを有するＣＩＧＳ薄膜を形成することができる。 Meanwhile, also regulate the ratio of the freely Ga / (In + Ga) in CIGS thin film can be controlled to a value that desires a doping concentration of Ga, it is possible to form the CIGS thin film having a band gap of the optimum.

また、ＣＩＧＳ薄膜の形成において、印刷法を利用するとともに多段階工程によって、光・電変換効率の高いＣＩＧＳ太陽電池の製造が可能になる。 Further, in the formation of CIGS thin film, by a multi-step process with use of the printing method, it is possible to manufacture a high CIGS solar cell light-electric conversion efficiency.

本発明を好適な実施例に沿って詳細に説明する。 It is described in detail with reference to preferred embodiments of the present invention.即ち、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅの元素を含有する光吸収層を包含し、これらの元素が、少なくともＣｕ ２ Ｓｅナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子を含有するインクを背面電極上に塗布又は印刷して形成した薄膜内に存在する、ＣＩＧＳ薄膜の太陽電池を提供する。 That, Cu, an In, includes a light-absorbing layer containing an element of Ga and Se, these elements, at least Cu 2 Se nanoparticles and (In, Ga) 2 Se 3 ink back electrode containing nanoparticles present in the thin film formed by coating or printing on, to provide a solar cell of a CIGS thin film.

前記の実施例をより具体的に説明すると、本発明のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池（以下、太陽電池と略記することもある）は、基板と、前記基板上に形成された背面電極と、前記背面電極上に形成された光吸収層と、前記光吸収層上に形成されたバッファー層と、前記バッファー層上に形成されたウィンドウ層と、前記ウィンドウ層上に形成された前面電極層と反射防止膜とを包含する太陽電池において、前記光吸収層の構成成分は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ及びＳｅ元素を含有するとともに、これらの元素は、少なくともＣｕ ２ Ｓｅナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子を含有するインクを前記背面電極上に塗布又は印刷して形成される薄膜内に存在することになる。 To describe an example of the more specific, CIGS thin-film solar cell of the present invention (hereinafter, sometimes abbreviated as solar cell) includes a substrate, a back electrode formed on said substrate, said back a light absorbing layer formed on the electrode, and the buffer layer formed on the light absorbing layer, and the buffer layer window layer formed on, antireflection a front electrode layer formed on the window layer in the solar cell including the membrane, components of the light absorbing layer, Cu, an in, with containing Ga and Se elements, these elements, at least Cu 2 Se nanoparticles and (in, Ga) 2 Se an ink containing 3 nanoparticles will be present in the thin film formed by coating or printing on the back electrode.

前記太陽電池において、前面電極層は、ウィンドウ層の上部一部所定の位置に形成され、ウィンドウ層の残りの上部には反射防止膜が形成される。 In the solar cell, the front electrode layer is formed on the upper part a predetermined position of the window layer and the remaining upper portion of the window layer anti-reflection film is formed.前記反射防止膜は、光吸収層に吸収された光が外部に放射されないようにする役割をなす。 The antireflection film forms a role light absorbed in the light absorbing layer from being emitted to the outside.

また、本発明において、ＣＩＧＳ化合物の薄膜を光吸収層とするＣＩＧＳ太陽電池のＣＩＧＳ薄膜の製造方法は、Ｃｕ ２ Ｓｅナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子を含有するインクを背面電極上に塗布又は印刷する工程と、前記の工程によって得られた結果物を熱処理して薄膜を形成する工程を包含する。 Further, in the present invention, a method of manufacturing CIGS thin film of the CIGS solar cell using a thin film of the CIGS compound light absorbing layer, Cu 2 Se nanoparticles and (In, Ga) 2 Se 3 ink back electrode containing nanoparticles comprising a step of coating or printing on, a step of forming a thin film by heat-treating the resultant structure obtained by the process.これは、ナノ粒子を含有するインクを一度の熱処理によって１つの光吸収層を形成する方法である。 This is a method of forming a single light-absorbing layer by heat treatment at a time an ink containing nanoparticles.

前記ナノ粒子を含有するインクにはＩｎ ２ Ｓｅ ３ナノ粒子をさらに包含することができる。 The ink containing the nanoparticles may further include a an In 2 Se 3 nanoparticles.

また、上述のインクに前記分散剤をさらに包含することができる。 Also, it may further include the dispersing agent in the ink of the above.

本発明の他の実施形態は、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子を含有するインクを背面電極上に塗布又は印刷した後、熱処理して薄膜を形成する工程と、前記得られた薄膜上にＣｕ ２ Ｓｅナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷した後、熱処理して薄膜を形成する工程、及び前記の工程で得られた薄膜上に（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷した後、熱処理して薄膜を形成する工程を包含する。 Other embodiments of the invention, (In, Ga) 2 Se 3 after an ink containing nanoparticles coated or printed on the back electrode, and forming a thin film by heat treatment, the resultant thin film after the coating or printing ink containing Cu 2 Se nanoparticles containing heat-process to form a thin film, and said on a thin film obtained in step (in, Ga) 2 Se 3 nanoparticles after the coating or printing inks, comprising the step of forming a thin film by heat treatment.この方法は、１種のナノ粒子物質を含有するインクを多段階に熱処理することによって１つの光吸収層を形成する方法であって、ナノ粒子の成分に従って他の組成物質を有する光吸収層を交互にかつ複数個の層に積層して形成することができる。 This method is a method of forming a single light-absorbing layer by heat-treating the ink containing one nanoparticle material in multiple stages, a light absorbing layer having a different composition material according to the components of the nanoparticles it can be formed by stacking a plurality of layers and alternating.

前記の薄膜の形成方法は、例示目的の１実施形態であり、必ずしもこれに制限されるものではない。 Method of forming a thin film is 1 an illustrative embodiment, not necessarily limited thereto.即ち、ナノ粒子を含有するインクの組成物質とその組成比を異にすることによってそれぞれ異なる吸光度と光・電変換率を有する光吸収層を複数個に積層することができるからである。 That is because it is possible to laminate a plurality of light absorption layers with different absorbance and light-electric conversion rate, respectively by different in composition material as the composition ratio of the ink containing the nanoparticles.

また、本発明の具体的な１実施形態として、前記ＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の光吸収層を形成するときに使用するナノ粒子を含有するインクについて説明する。 As a specific embodiment of the present invention will be described an ink containing nanoparticles used in forming the light absorption layer of the CIGS thin film solar cell.

本実施形態で使用する前記インクは、クロロホルム、トルエンなどの有機溶媒にＣｕ ２ Ｓｅのナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３のナノ粒子を混合したものであって、チオール類、セレノール類、アルコール類などの分散剤をさらに混合することもできる。 The ink used in this embodiment, chloroform, be a mixture of organic solvents Cu 2 Se nanoparticles and (In, Ga) of nanoparticles 2 Se 3, such as toluene, thiols, selenols acids, it is also possible to further mix a dispersant such as an alcohol.

なお、前記のインクは高温下で熱処理を行なうことができる。 Incidentally, the ink may be subjected to heat treatment at a high temperature.

以下、添付の図面を参照して本発明の多様な実施例を通じて詳細に説明する。 It will be described in detail with reference to the accompanying drawings through various embodiments of the present invention.

前記のインクを混合する溶媒は、有機溶媒として、トルエン、クロロホルム、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、ピリジン、アルコール、炭化水素類などから選択される少なくとも１種以上である。 The solvent for mixing the ink is an organic solvent, toluene, chloroform, DMF, DMSO, pyridine, alcohol, at least one or more selected from such hydrocarbons.

前記炭化水素類の炭素数は特に制限されないがＣ１〜Ｃ２０程度が好ましい。 The carbon number of the hydrocarbons is not particularly limited preferably about C1 to C20.

また、分散剤は必須的に追加するものではないが、好ましくは、分散剤としては、アルカン・セレノール、アルカン・チオール、アルコール、芳香族セレノール、芳香族チオール、芳香族アルコールの中、少なくとも１種以上が選択されることができる。 Although the dispersing agent not intended to be added to essentially, preferably, as a dispersing agent, alkane selenol, alkane thiols, alcohols, aromatic selenol, aromatic thiol, in the aromatic alcohol, at least one or it can be selected.

前記分散剤の炭素数は特に制限されないがＣ１〜Ｃ２０程度が好ましい。 The number of carbon atoms of the dispersant is not particularly limited preferably about C1 to C20.

このとき、前記添加される各ナノ粒子インクの濃度は特定の制限はなく、最終的に得られる薄膜の特性を考慮して可変的に調節することができる。 At this time, the concentration of the nanoparticle inks to be the additive is not particular limited, and can be adjusted variably in consideration of the characteristics of the finally obtained film.また、各ナノ粒子の相対的な濃度も特定の限定を必要としない。 Also it does not require a specific limited relative concentrations of each nanoparticle.これも、最終的に得られる薄膜に要求する特性によってそれぞれの成分比が可変的であるためである。 This also each component ratio by characteristics required in the finally obtained film is for a variable.これに対して図を参照しながらより具体的に説明する。 It is described more specifically with reference to FIG contrast.

図１〜図３は、本発明の１実施例によるＣＩＧＳ太陽電池のＣＩＧＳ薄膜の製造において、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 1 to 3 are schematic views illustrating the fabrication of CIGS thin film for CIGS solar cell, a Cu / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in accordance with an embodiment of the present invention.

その後、図２に図示したように、ＣＩＧＳ太陽電池に通常的に使用される基板１０２とその上にコーティングされる背面電極１０３上に、図１の工程で製造されたＣｕ ２ Ｓｅ＋（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子インク１０１の層を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 2, CIGS on the back electrode 103 that is coated with a substrate 102 which is commonly used thereon the solar cell, Cu 2 Se + (In prepared in the step of FIG. 1, Ga ) 2 Se 3 to form a layer of the nanoparticle ink 101.この形成方法は印刷法を使用する。 The forming method using a printing method.

一方、前記基板１０２の材質は、通常的なＣＩＧＳ太陽電池の場合と同様シートガラス又は金属ホイルなどである。 On the other hand, the material of the substrate 102, and the like usually case similar sheet glass or metal foil CIGS solar cells.

前記背面電極１０３は、伝導性を有する金属類であれば良く、殊に本実施例においては、背面電極１０３としてモリブデン（Ｍｏ）層を例示しているが、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）を使用することもできる。 The rear electrode 103 may be any metals having conductivity, in particular this embodiment, it is exemplified molybdenum (Mo) layer as a back electrode 103, a nickel (Ni), copper (Cu) it is also possible to use.しかし、モリブデン（Ｍｏ）は高い電気伝導度、ＣＩＧＳにおけるオーミック接合、セレン（Ｓｅ）雰囲気下における高温安定性などの観点において好ましい。 However, molybdenum (Mo) high electric conductivity, ohmic contact in CIGS, preferred in the viewpoints of high temperature stability under selenium (Se) atmosphere.

また、モリブデンで構成された背面電極１０３は、太陽電池の後面接触層としての機能を行うことができる。 Further, the back electrode 103 made of a molybdenum, may function as a surface contact layer after the solar cell.

次いで、図３に図示したように、セレン（Ｓｅ）雰囲気で熱処理することによって、望むＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率に調節されたＣＩＧＳ薄膜を製造することができる。 Then, as shown in FIG. 3, by heat treatment at selenium (Se) atmosphere, it is possible to produce a CIGS thin film which is adjusted to a ratio of Cu / (In + Ga) desire.

また、前記熱処理のガス雰囲気は、必ずしもセレンに限定されないが、ナノ粒子インクの組成物質によっては硫黄（Ｓ）雰囲気の熱処理も可能である。 The gas atmosphere in the heat treatment, but are not necessarily limited to selenium, depending on the composition material of the nano-particle ink is also possible heat treatment of the sulfur (S) atmosphere.

このような熱処理を通じて、望むＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率に調節されたＣＩＧＳ薄膜を製造することによって、粒度（ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ）を容易に調節することができ、これによって望む特性を有する太陽電池を製造することができる。 Through such heat treatment, by producing CIGS thin film is adjusted to a ratio of Cu / (In + Ga) desired, it is possible to adjust the particle size (grain size) easily manufacture a solar cell having a desired characteristics by which can do.

図４〜図６は、本発明の１実施例によるＣＩＧＳ太陽電池のＣＩＧＳ薄膜の製造方法において、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率のみならずＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率も調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を説明する模式図である。 4 to 6, in the manufacturing method of the CIGS thin film of the CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention, the production of CIGS thin film ratio was also adjusted to Cu / (In + Ga) ratio not only Ga / (In + Ga) step is a schematic diagram for explaining the.

次いで、図６に図示のように、セレン（Ｓｅ）雰囲気で熱処理することによって、望むＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率及びＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率に調節されたＣＩＧＳ薄膜を製造することができる。 Then, as shown in FIG. 6, by a heat treatment at a selenium (Se) atmosphere, it is possible to produce a CIGS thin film which is adjusted to a ratio of Cu / (In + Ga) ratio and Ga / (In + Ga) of desire.

このような熱処理方法を通じて、Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率を自由に調節することができ、最適のバンドギャップを有するＣＩＧＳ太陽電池を製造することができる。 Through this heat treatment method, the ratio of Ga / (In + Ga) can be freely adjusted, it is possible to manufacture a CIGS solar cell with a bandgap of optimum.すなわち、ＣＩＧＳ太陽電池が最大の変換効率を表すためには、１．２〜１．４ｅＶ程度のバンドギャップを有することが好ましく、このようなバンドギャップは、Ｇａのドーピングによって異なるようになるが、図４〜図６に図示するようにしてＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率を０．３〜０．６程度に調節するとき、前記のような最適のバンドギャップを得ることができる。 That is, in order to CIGS solar cells represent the maximum conversion efficiency of preferably has a band gap of about 1.2～1.4EV, such band gap becomes different as by doping Ga, when as shown in FIGS. 4 to 6 adjusting the ratio of Ga / (in + Ga) of about 0.3 to 0.6, it is possible to obtain a band gap of optimum as described above.

図７〜図１１は、本発明の１実施例によるＣＩＧＳ太陽電池のＣＩＧＳ薄膜の製造方法において、多段階の工程を通じてＣＩＧＳ薄膜を形成する方法を示す模式図である。 7-11 is a method of manufacturing a CIGS thin film of the CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention, it is a schematic diagram showing a method for forming a CIGS thin film through a multi-step process.

次いで、図１０及び図１１に図示したように、前記図８のように形成されたＣｕ−ｒｉｃｈ（銅リッチ）状態のＣＩＧＳ薄膜上に、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子インク３０２を塗布または印刷し、セレン雰囲気で熱処理する。 Then, as illustrated in FIGS. 10 and 11, on the CIGS thin film of the formed Cu-rich (Cu-rich) state as of FIG. 8, the (In, Ga) 2 Se 3 nanoparticle ink 302 is applied or printing, a heat treatment is carried out at selenium atmosphere.前記（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子インク３０２にはＣｕが包含されていないので、図１０及び図１１に示す工程で最終的に形成されるＣＩＧＳ薄膜はＣｕの比率が減少されている。 The (In, Ga) Since the 2 Se 3 nanoparticle ink 302 Cu is not included, CIGS thin film to be finally formed in the step shown in FIGS. 10 and 11 the ratio of Cu is decreased.したがって、Ｃｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率は１未満であることになる。 Accordingly, the ratio of Cu / (In + Ga) will be less than 1.

図１２〜図１７は、本発明の１実施例によるＣＩＧＳ太陽電池のＣＩＧＳ薄膜の製造方法において、多段階の工程を通じてＣＩＧＳ薄膜を形成する方法を示す模式図である。 12 to 17 is a method of manufacturing a CIGS thin film of the CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention, it is a schematic diagram showing a method for forming a CIGS thin film through a multi-step process.

次いで、図１６及び図１７に図示したように、前記のようにして形成されたＣｕ−ｒｉｃｈ（銅リッチ）状態のＣＩＧＳ薄膜上に（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子インク４０３を印刷した後、これをセレン雰囲気で熱処理することにより銅不足のＣｕ−ｐｏｏｒ（銅プア）状態のＣＩＧＳ薄膜を形成することができる。 Then, as illustrated in FIGS. 16 and 17, wherein the manner Cu-rich which is formed on the CIGS thin film (copper rich) state (In, Ga) 2 Se 3 after printing the nanoparticle ink 403 , which can form a Cu-poor (copper-poor) CIGS thin film state of copper deficiency by heat treating selenium atmosphere.このとき、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ Ｓｅ ３ナノ粒子インク４０３の量を調節することによってＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が１未満であるＣｕ−ｐｏｏｒ（銅プア）状態のＣＩＧＳ薄膜を形成することができる。 At this time, to form a (In, Ga) 2 Se 3 Cu-poor ( copper-poor) CIGS thin film state ratio of Cu / (In + Ga) is less than 1 by adjusting the amount of nanoparticle ink 403 it can.

上述の通り、図７〜図１１、及び図１２〜図１７に図示したように、本発明は、印刷法を使用するとともに、多段階の熱処理によってＣＩＧＳ薄膜を形成することができ、これによってＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が１を超える場合と、１未満の場合における光・電変換効率に及ぼすメリットを同時に得ることができる。 As described above, as shown in FIGS. 7 to 11 and 12 to 17, the present invention is to use a printing method, it is possible to form the CIGS thin film by heat treatment multistage, whereby Cu / a If the (in + Ga) ratio of greater than 1, it is possible to obtain simultaneously a benefit on the light-electric conversion efficiency in the case of less than 1.すなわち、Ｃｕ ２ Ｓｅのような不純物の生成を防止することができるとともに粒度の大きいＣＩＧＳ薄膜の製造が可能になり、これによってＣＩＧＳ太陽電池の性能も保障することができる。 That enables the production of large CIGS thin film of the particle size it is possible to prevent the formation of impurities such as Cu 2 Se, whereby it is possible to ensure also the performance of CIGS solar cells.

図１８は、本発明の１実施例によるＣＩＧＳ太陽電池の構造を示す断面模式図である。 Figure 18 is a cross-sectional schematic view showing the structure of CIGS solar cell according to an embodiment of the present invention.

図１８は、本発明の１実施例に例示した前記ナノ粒子インク１０１を製造し、そのインクを形成している。 18, to produce the nanoparticle ink 101 illustrated in one embodiment of the present invention, to form the ink.背面電極１０３（Ｍｏ層）上に塗布又は印刷した後、これを熱処理して形成した光吸収層１０４を包含するＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の構造を示す模式図である。 After coating or printing on the back electrode 103 (Mo layer) is a schematic diagram showing the structure of CIGS thin film solar cell including a light absorbing layer 104 formed by heat-treating it.

図１８を参照するとき、基板１０２上に背面電極１０３を形成し、その上面に光吸収層１０４とバッファ層１０５、ウィンドウ層１０６がそれぞれの順に積層形成され、最上部には前面電極１０８と反射防止膜１０７が形成された構造となっている。 When referring to FIG. 18, the rear electrode 103 is formed on the substrate 102, the light-absorbing layer 104 and the buffer layer 105 on the upper surface, the window layer 106 is laminated on each of the forward, reflected front electrode 108 at the top has a barrier layer 107 is formed structure.

また、図１８におけるＣＩＧＳ太陽電池の基板１０２は、ソーダ石灰ガラス（ＳＬＧ）又は公知の軟性基板である。 The substrate 102 of the CIGS solar cell in FIG. 18 is a soda-lime glass (SLG) or known flexible substrate.

また、前記基板１０２上に形成される背面電極１０３は、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）の中いずれか１種の金属により、１μｍの層に形成される。 Further, the back electrode 103 formed on the substrate 102 include molybdenum (Mo), either one metal in the nickel (Ni), copper (Cu), is formed in a layer of 1 [mu] m.

光吸収層１０４は、前記のような熱処理によって形成されるが、このとき２μｍ〜３μｍの厚さで積層することにより形成される。 Light absorbing layer 104 is formed by the heat treatment as described above, it is formed by laminating to a thickness of the case 2 m to 3 m.

前記バッファ層１０５は、硫化カドミウム（ＣｄＳ）で構成され、５０ｎｍの厚さに形成することができる。 The buffer layer 105 is composed of cadmium sulfide (CdS), it can be formed to a thickness of 50nm.

前記ウィンドウ層１０６は、ｎ型亜鉛酸化物（ｎ−ＺｎＯ）又はｉ型亜鉛酸化物（ｉ−ＺｎＯ）によって形成するが、ｎ型亜鉛酸化物（ｎ−ＺｎＯ）の場合、５００ｎｍの厚さに、ｉ型亜鉛酸化物（ｉ−ＺｎＯ）の場合、５０ｎｍの厚さに積層することが好ましい。 The window layer 106 is formed by n-type zinc oxide (n-ZnO) or i-type zinc oxide (i-ZnO), if n-type zinc oxide (n-ZnO), to a thickness of 500nm when i-type zinc oxide (i-ZnO), it is preferable to laminate to a thickness of 50nm.

また、前記ウィンドウ層１０６上の所定の位置には、前面電極１０８と反射防止膜１０７とが形成され、前面電極１０８は伝導性の良い金属類で構成される。 Further, at a predetermined position on the window layer 106 is a front electrode 108 and the antireflection film 107 is formed, the front electrode 108 consists of a good conducting metals.

前記前面電極１０８は、例えば主にアルミニウム（Ａｌ）で形成され、厚さは３μｍ程度が好適である。 The front electrode 108 is, for example mainly formed of aluminum (Al), the thickness is preferably about 3 [mu] m.

反射防止膜１０７は、光吸収層１０４で吸収した光が外部に放射されないように反射させる役割をするが、構成物質は特に制限されないが、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ ２ ）を利用して成膜することが好ましい。 Antireflection film 107 is light absorbed by the light absorbing layer 104 serves to reflect so as not to be emitted to the outside, constituents is not particularly limited, a film is formed using a magnesium fluoride (MgF 2) it is preferable.このときのフッ化マグネシウム（ＭｇＦ ２ ）による反射防止膜の厚さは１００ｎｍが適当である。 The thickness of the antireflection film by magnesium fluoride in this case (MgF 2) is 100nm are suitable.

以上、本発明を実施する具体的実施例を図面に沿って説明したが、これは例示であり、本発明はこれらの例示に制限されない。 Although the specific embodiment for implementing the present invention has been described with reference to the drawings, which are illustrative and the invention is not limited to these examples.したがって、当業者は、本発明の特許請求の範囲内において多様に実施形態を変更又は変形することができ、このような変更又は変形も本発明の請求範囲になる。 Thus, one skilled in the art can variously modify the embodiments or modifications within the scope of the present invention, such modifications or variations may be claimed scope of the present invention.また、本願明細書に記載している各構成要素は、これと実質的に同様の多様な構成で代替することができる。 The components that are described herein, can be replaced by this substantially similar variety of configurations.また、当業者は、本明細書に記載されている構成要素の中、その一部を性能の劣化なしに省略するか、または性能を改善するために構成要素を追加することもできる。 Moreover, those skilled in the art within the components described herein may also add components to improve its or partially omitted without performance degradation or performance.また、当業者は工程環境や設備によっては本明細書に記載した方法と工程段階の順序を変更することもできる。 Moreover, those skilled in the art is by a process environment or equipment may also change the order of the method and process steps described herein.したがって、本発明の範囲は、例示説明のための前記実施例によらず、特許請求の範囲及びその構成の均等物によって画定されるべきである。 Accordingly, the scope of the present invention does not depend on the embodiment for illustration description, it should be defined by the claims and equivalents thereof configuration.

本発明の１実施例においてＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 Is a schematic view showing a Cu / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in the first embodiment of the present invention.本発明の１実施例においてＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 Is a schematic view showing a Cu / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in the first embodiment of the present invention.本発明の１実施例においてＣｕ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 Is a schematic view showing a Cu / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in the first embodiment of the present invention.本発明の１実施例においてＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 Is a schematic view showing a Ga / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in the first embodiment of the present invention.本発明の１実施例においてＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 Is a schematic view showing a Ga / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in the first embodiment of the present invention.本発明の１実施例においてＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の比率が調節されたＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 Is a schematic view showing a Ga / (In + Ga) manufacturing process of CIGS thin film ratio is adjusted in the first embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施態様による多段階工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を説明する工程図である。 Is a process diagram illustrating the manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process, according to an example embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例において多段階の工程を利用したＣＩＧＳ薄膜の製造工程を示す模式図である。 It is a schematic diagram showing a manufacturing process of CIGS thin film using a multi-step process in one embodiment of the present invention.本発明の１実施例においてＣＩＧＳ太陽電池の全体の構造を示す断面模式図である。 In one embodiment of the present invention is a cross-sectional schematic view showing an overall structure of CIGS solar cells.

Claims (20)

Translated from Japanese

Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳの中のいずれか１つ以上の元素を包含し、Ｃｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子を含有するインクを背面電極上に塗布又は印刷して形成した光吸収層を少なくとも１つ以上包含することを特徴とするＣＩＧＳ薄膜型太陽電池。 Cu, encompasses In, Ga, any one or more of the elements in the Se and S, Cu 2 (Se 1- x S x) and nanoparticles (In, Ga) 2 (Se 1-y S y) 3 CIGS thin-film solar cell and a light absorbing layer ink was formed by applying or printing on the back electrode containing nanoparticles include at least one or more.但し、前記ナノ粒子の化学式におけるｘとｙの範囲はそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。 However, the range of x and y in the chemical formula of the nanoparticles are each 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1.

Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳの中のいずれか１つ以上の元素を包含する化合物が０．０１〜１００ｎｍの粒径で含有されるとともに、分散剤及び界面活性剤が０〜１０％包含されてなる光吸収層を少なくとも１つ以上具備するＣＩＧＳ薄膜型太陽電池。 Cu, In, Ga, with a compound including any one or more of the elements in the Se and S are contained in the particle size of 0.01 to 100, dispersing agents and surfactants include 0-10% CIGS thin film solar cell comprising at least one light absorbing layer formed by.

基板上に順次形成された背面電極、光吸収層、前面電極層を包含してなるＣＩＧＳ薄膜型太陽電池において、 Sequentially formed back electrode on a substrate, a light absorbing layer, the CIGS thin film solar cell comprising encompass front electrode layer,前記光吸収層は、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ及びＳの中のいずれか１つ以上の元素を包含し、Ｃｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子及び（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子を含有するインクを前記背面電極上に塗布又は印刷して形成することを特徴とするＣＩＧＳ薄膜型太陽電池。 The light-absorbing layer, Cu, In, Ga, include any one or more elements in the Se and S, Cu 2 (Se 1- x S x) nanoparticles and (In, Ga) 2 (Se 1-y S y)3 CIGS thin film solar cell, characterized in that an ink containing the nanoparticles formed by coating or printing on the back electrode.但し、前記ナノ粒子の化学式におけるｘとｙの範囲はそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である。 However, the range of x and y in the chemical formula of the nanoparticles are each 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1.

前記インクは、Ｉｎ ２ （Ｓｅ １−ｚ Ｓ ｚ ） ３ナノ粒子をさらに包含することを特徴とする請求項４に記載のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池。 The ink, CIGS thin-film solar cell according to claim 4, characterized in that additionally include In 2 (Se 1-z S z) 3 nanoparticles.但し、前記ナノ粒子の化学式におけるｚの範囲は０≦ｚ≦１である。 However, the range of z in the chemical formula of the nanoparticles are 0 ≦ z ≦ 1.

前記光吸収層に存在するＧａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）の成分比が０．３〜０．６の範囲を満たすことを特徴とする請求項１、請求項３、及び請求項４のいずれか１項に記載のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池。 Claim 1, the component ratio of Ga / (In + Ga) present in the light absorbing layer is characterized by satisfying the range of 0.3 to 0.6, according to claim 3, and in any one of claims 4 CIGS thin film solar cell according.

前記有機溶媒は、トルエン、クロロホルム、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、ピリジン、アルコール、炭化水素類で構成された群から選択される１種以上であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の薄膜組成用インク。 The organic solvent, toluene, chloroform, DMF, DMSO, pyridine, alcohol, thin film composition of the solar cell according to claim 8, characterized in that from a group consisting of hydrocarbons is one or more selected use ink.

前記インクは、分散剤をさらに包含することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の薄膜組成用インク。 The ink is ink for thin-film composition of the solar cell according to claim 8, characterized in that it further include a dispersing agent.

前記分散剤は、アルカン・セレノール、アルカン・チオール、アルコール、芳香族セレノール、芳香族チオール、芳香族アルコールで構成された群の中から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池の薄膜組成用インク。 The dispersant according to claim 10, wherein alkane selenol, alkane thiols, alcohols, aromatic selenol, aromatic thiol, that is one or more selected from among a group consisting of an aromatic alcohol ink film composition of the solar cell according to.

前記有機溶媒は、トルエン、クロロホルム、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ、ピリジン、アルコール、炭化水素類で構成された群から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の薄膜組成用インクの製造方法。 The organic solvent, toluene, chloroform, DMF, DMSO, pyridine, alcohol, thin film composition of the solar cell according to claim 12, characterized in that at least one selected from a group consisting of hydrocarbons manufacturing method of use ink.

前記分散剤は、アルカン・セレノール、アルカン・チオール、アルコール、芳香族セレノール、芳香族チオール、芳香族アルコールで構成された群の中から選択される１種以上であることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の薄膜組成用インクの製造方法。 The dispersant according to claim 12, wherein alkane selenol, alkane thiols, alcohols, aromatic selenol, aromatic thiol, that is one or more selected from among a group consisting of an aromatic alcohol method of manufacturing the thin-film composition for ink solar cell according to.

前記熱処理工程は、セレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ）の雰囲気下５００℃〜６００℃で行われることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の薄膜組成用インクの製造方法。 The thermal treatment process, the selenium (Se) or sulfur manufacturing method of the ink for thin-film composition of the solar cell according to claim 12, wherein the carried out that under 500 ° C. to 600 ° C. atmosphere (S).

基板上に形成された背面電極上にＣｕ ２ （Ｓｅ １−ｘ Ｓ ｘ ）ナノ粒子、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｙ Ｓ ｙ ） ３ナノ粒子、及びＩｎ ２ （Ｓｅ １−ｚ Ｓ ｚ ） ３ナノ粒子によって構成された群の中の少なくとも１種以上の物質を含有するインクを塗布又は印刷する工程、及び、Cu 2 (Se 1-x S x) nanoparticles on a rear electrode formed on a substrate, (In, Ga) 2 ( Se 1-y S y) 3 nanoparticles and In 2 (Se 1-z S z)3 steps for coating or printing an ink containing at least one or more substances of the group constituted by nanoparticles and,前記インクを熱処理して光吸収層を形成する工程を包含するＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法。 Method for manufacturing a CIGS thin film solar cell comprising the step of annealing the ink to form a light-absorbing layer.但し、前記ナノ粒子の化学式におけるｘとｙ及びｚの範囲はそれぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１である。 However, the range of x and y and z in the chemical formula of the nanoparticles are each 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1.

前記熱処理して形成した前記光吸収層上に、（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ｗ Ｓ ｗ ） ３ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷する工程、及び 熱処理する工程を含む請求項１６に記載のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法。 On the light absorbing layer formed by the heat treatment, according to claim 16 containing (In, Ga) 2 (Se 1-w S w) 3 steps for coating or printing an ink containing nanoparticles, and heat treatment to step method for manufacturing a CIGS thin film solar cell according to.但し、前記ナノ粒子の化学式におけるｗの範囲は０≦ｗ≦１である。 However, the range of w in the chemical formula of the nanoparticles are 0 ≦ w ≦ 1.

基板上に形成された背面電極上に、 On the back electrode formed on a substrate,（Ｉｎ、Ｇａ） ２ （Ｓｅ １−ａ Ｓ ａ ） ３ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷した後、前記のインクを熱処理して形成される第１光吸収層と、 And (In, Ga) 2 (Se 1-a S a) 3 After an ink containing nanoparticles is applied or printed, the first light-absorbing layer formed by heat-treating the ink,Ｃｕ ２ （Ｓｅ １−ｂ Ｓ ｂ ）ナノ粒子を含有するインクを塗布又は印刷した後、熱処理して形成される第２光吸収層とを、交互にかつ複数個の層に積層する工程を含むＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法。Cu 2 (Se 1-b S b) after the coating or printing ink containing nanoparticles, comprising the step of laminating the second light-absorbing layer formed by heat treatment, a plurality of layers and alternately method for manufacturing a CIGS thin film solar cell.但し、前記ナノ粒子の化学式におけるａとｂの範囲はそれぞれ０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１である。 However, the range of a and b in the chemical formula of the nanoparticles are each 0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 1.

前記熱処理工程はセレン（Ｓｅ）又は硫黄（Ｓ）の雰囲気下５００℃〜６００℃で行われることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法。 The thermal treatment process is selenium (Se) or sulfur atmosphere CIGS thin film solar cell according to any one of claims 16 to 18, characterized in carried out that under 500 ° C. to 600 ° C. of (S) Production method.

前記ナノ粒子の粒径は０．０１〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載のＣＩＧＳ薄膜型太陽電池の製造方法。 Method for manufacturing a CIGS thin film solar cell according to any one of claims 16 to 18, wherein the particle size of the nanoparticles is 0.01 to 100.

JP2008021019A2007-09-182008-01-31Ink for forming thin film for solar cell and method for preparing the same, cigs thin film solar cell using the same and manufacturing method thereof
PendingJP2009076842A
(en)

Ink for production of compound semiconductor thin film, compound semiconductor thin film produced using the ink, solar cell equipped with the compound semiconductor thin film, and process for production of the solar cell

Ink for production of compound semiconductor thin film, compound semiconductor thin film produced using the ink, solar cell equipped with the compound semiconductor thin film, and process for production of the solar cell